本發(fā)明屬于雷達(dá)信號處理，具體涉及一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字高程模型（digital?elevation?model,?dem）和數(shù)字表面模型（digitalsurface?model,?dsm）都是用有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的實體地面模型。二者的區(qū)別在于，dem主要反映的是地表的地形高程信息，即山脈、山谷、河流等地形特征，而dsm反映的是地表及其上方的地物的高程信息，包括建筑物、樹木等地物的高程信息，以及地形地貌。dem和dsm在測繪、水文、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、通訊、軍事、工程建設(shè)等國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)以及人文和自然科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此，獲取全球范圍的高分辨率、高精度的dem/dsm具有重要意義。

2、干涉合成孔徑雷達(dá)（synthetic?aperture?radar?interferometry,?insar）是獲取dem和dsm的有效手段之一，其基本原理是利用兩幅具有微小視角差的sar圖像之間的干涉相位信息來實現(xiàn)高程反演。多基線insar是對傳統(tǒng)單基線insar的推廣，其對目標(biāo)場景進(jìn)行了更多次的觀測，實現(xiàn)方式包括多天線、多航過、分布式和多頻率等。與傳統(tǒng)單基線insar相比，多基線insar主要有兩個優(yōu)勢，一是能夠提升高程測量精度，二是能夠提升相位解纏正確率。

3、多基線insar能夠獲取多幅干涉圖，每幅干涉圖都能得到一幅重建高程圖，將各干涉圖重建的高程圖進(jìn)行融合能夠進(jìn)一步提升高程測量精度。但現(xiàn)有的多基線insar高程融合算法大都采取加權(quán)平均的處理策略，只是在加權(quán)系數(shù)的選擇上有所差異，常用的加權(quán)系數(shù)有相干系數(shù)、相對高程誤差、有效基線等。

4、基于加權(quán)平均的算法具有易于實現(xiàn)、運算效率高等優(yōu)勢，但其缺點是沒有考慮相鄰像素之間的聯(lián)系和高程圖的內(nèi)在特性，從而融合后的高程圖精度較差。因此，高精度、高性能的多基線insar高程融合算法有待進(jìn)一步研究和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法和系統(tǒng)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

3、一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法，包括如下步驟：

4、對各干涉圖重建的高程圖作非下采樣剪切波變換，得到各高程圖的非下采樣剪切波變換系數(shù)；非下采樣剪切波變換系數(shù)分解為一個低頻系數(shù)和多個高頻系數(shù)；

5、對低頻系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，得到融合后的低頻系數(shù)；

6、對高頻系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)選擇，得到融合后的高頻系數(shù)；

7、對融合后的低頻系數(shù)和融合后的高頻系數(shù)進(jìn)行非下采樣剪切波逆變換，得到融合后的高程圖。

8、進(jìn)一步地，所述非下采樣剪切波變換包括：將輸入的圖像作多尺度分解，分解后得到一個低頻系數(shù)和多個高頻系數(shù)；對所有高頻系數(shù)分別做帶通濾波，得到多個高頻方向性系數(shù)。

9、進(jìn)一步地，做帶通濾波的頻域帶通濾波器對應(yīng)的時域卷積核稱為剪切波，剪切波的表達(dá)式為：

10、；

11、；

12、；

13、其中，表示非下采樣剪切波構(gòu)成的集合，是剪切波函數(shù)，滿足，表示平方可積函數(shù)類，為與尺度變換有關(guān)的各向異性膨脹矩陣，表示尺度參數(shù)，其支配著頻率的細(xì)化和基本元素的冗余，是與幾何變換相關(guān)的剪切矩陣，為剪切參數(shù)，約束每個剪切單元的方向，表示在空間域中定位分布不連續(xù)點的位移參數(shù)，表示整數(shù)，表示尺度參數(shù)為、剪切參數(shù)為、位移參數(shù)為的剪切波函數(shù)，為函數(shù)的自變量。

14、進(jìn)一步地，所述對低頻系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，得到融合后的低頻系數(shù)，記作包括：

15、將每個低頻系數(shù)的權(quán)重設(shè)為其對應(yīng)的高程方差的倒數(shù)，融合后的低頻系數(shù)的計算公式為：

16、；

17、其中，為融合后的低頻系數(shù)，為高程圖數(shù)量，為第幅高程圖的低頻系數(shù)，為權(quán)重，其計算公式為：

18、；

19、其中，為第幅高程圖的高程誤差標(biāo)準(zhǔn)差，通過模糊高度、相干系數(shù)和多視數(shù)計算得到。

20、進(jìn)一步地，所述對高頻系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)選擇，得到融合后的高頻系數(shù)包括：

21、采用拉普拉斯能量和描述圖像的邊緣、紋理和方向性特征；記第幅高程圖的第個尺度、第個方向的高頻方向性系數(shù)為；對于第幅高程圖的第個尺度、第個方向的高頻方向性系數(shù)，記高頻方向性系數(shù)在任意坐標(biāo)處的值為，坐標(biāo)點的拉普拉斯能量和的值是以該坐標(biāo)點為中心的窗口內(nèi)的變步長拉普拉斯算子值的平方和，其中，變步長拉普拉斯算子值包含水平方向的離散梯度分量和垂直方向的離散梯度分量，和分別為垂直方向的窗口大小和水平方向的窗口大小，、為中間參數(shù)。

22、進(jìn)一步地，拉普拉斯能量和的值的計算公式為：

23、；

24、；

25、其中，為可變的步長，、為臨時變量；為變步長拉普拉斯算子值在坐標(biāo)處的值，、、和分別為在坐標(biāo)、、和處的值。

26、對于每個尺度、每個方向的高頻系數(shù)，計算其拉普拉斯能量和的值sml，采取自適應(yīng)選擇的策略，保留具有最大的拉普拉斯能量和的值sml的高頻方向性系數(shù)。

27、本發(fā)明還提供一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合系統(tǒng)，包括如下模塊：

28、變換模塊，對各干涉圖重建的高程圖作非下采樣剪切波變換，得到各高程圖的非下采樣剪切波變換系數(shù)；非下采樣剪切波變換系數(shù)分解為一個低頻系數(shù)和多個高頻系數(shù)；

29、低頻融合模塊，對低頻系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，得到融合后的低頻系數(shù)；

30、高頻融合模塊，對高頻系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)選擇，得到融合后的高頻系數(shù)；

31、逆變換模塊，對融合后的低頻系數(shù)和融合后的高頻系數(shù)進(jìn)行非下采樣剪切波逆變換，得到融合后的高程圖。

32、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)上述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法的步驟。

33、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法的步驟。

34、有益效果：

35、1、本發(fā)明利用非下采樣剪切波變換實現(xiàn)了對高程圖的特征提取，從而融合后的高程圖中能夠有效保留紋理細(xì)節(jié)。

36、2、本發(fā)明通過對低頻nsst（非下采樣剪切波變換）系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均和對高頻nsst系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)選擇，能夠有效提升融合高程圖的精度。

技術(shù)特征：

1.一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法，其特征在于，所述非下采樣剪切波變換包括：將輸入的圖像作多尺度分解，分解后得到一個低頻系數(shù)和多個高頻系數(shù)；對所有高頻系數(shù)分別做帶通濾波，得到多個高頻方向性系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法，其特征在于，做帶通濾波的頻域帶通濾波器對應(yīng)的時域卷積核稱為剪切波，剪切波的表達(dá)式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法，其特征在于，所述對低頻系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，得到融合后的低頻系數(shù)，記作包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法，其特征在于，所述對高頻系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)選擇，得到融合后的高頻系數(shù)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法，其特征在于，拉普拉斯能量和的值的計算公式為：

7.一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合系統(tǒng)，其特征在于，包括如下模塊：

8.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項所述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法的步驟。

9.一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項所述的一種多尺度幾何分析的多基線insar高程融合方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種多尺度幾何分析的多基線InSAR高程融合方法和系統(tǒng)，屬于雷達(dá)信號處理技術(shù)領(lǐng)域，包括：對各干涉圖重建的高程圖作非下采樣剪切波變換，得到各高程圖的非下采樣剪切波變換系數(shù)；非下采樣剪切波變換系數(shù)分解為一個低頻系數(shù)和多個高頻系數(shù)；對低頻系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，得到融合后的低頻系數(shù)；對高頻系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)選擇，得到融合后的高頻系數(shù)；對融合后的系數(shù)進(jìn)行非下采樣剪切波逆變換，得到融合后的高程圖。本發(fā)明實現(xiàn)對高程圖的特征提取，能夠有效保留紋理細(xì)節(jié)。

技術(shù)研發(fā)人員：王吉利,李鴻祥,張衡,鄧云凱,劉儉,劉洋,徐開江
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6